[发明专利]一种高温工程结构弱点的识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温工程结构缺陷的辨识方法，尤其是涉及一种综合采用三种技术对高温工程结构弱点的识别方法。 

背景技术

现代工业中，如电厂、石化等，有相当数量的高温工程结构工作在高温高压的环境下。这一类设备造价高，且大部分依靠进口。因此通过寿命分析和管理，制定科学的维修规划，对于保证最大限度地提高资源利用率，实现生产设备的长周期安全运行至关重要。 

目前工业界对高温工程结构的寿命评估与管理，主要是基于对结构的损伤进行检测。在对结构损伤检测主要采用的方法有：（1）基于动力特性的结构损伤监测技术，该技术的核心思想在于结构的振动特性(比如频率、振型、模态阻尼等)是结构物理参数(如质量、阻尼和刚度)的函数，结构损伤即意味着结构物理参数的改变，而物理参数的改变必然引起结构振动特性的改变。这项技术在桥梁等结构中得到了有效的应用。但是应用这种方法需要在检测部位设置传感器，而且对于检测到的缺陷，如果不是外部可观察到的缺陷，一般只能确定大致的方位，不能确定缺陷所在具体位置和缺陷形状、尺寸等细节。（2）红外线热成像检测技术，该技术利用含缺陷的高温构件热分布不均匀的特点，采用红外线热成像原理，可以准确获得高温构件内部缺陷的形状、尺寸等信息。但是对一个高温结构系统进行定期的每个部位详细的扫描检测，将是一个耗时费力不可能进行的工作。值得注意的是，在对高温结构弱点识别方面，有学者提出利用有限元分析找出高温构件中的弱点部位方法，利用该方法可以通过对高温构件中的弱点部位重点监测，因此可以有效解决对于整个高温结构的检测问题。 

综上所述，由于上述各种技术各自存在的缺点，因此上述技术如果单独使用，都无法有效地解决高温工程结构弱点的识别问题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种无需中断生产、不会损害设备、且试验周期短、费用低廉、相当敏感可满足要求的基于固有频率监测、红外成像监测技术和有限元分析三者相结合的高温工程结构弱点的识别方法。 

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 

一种高温工程结构弱点的识别方法，包括以下步骤： 

S1对高温工程结构系统进行有限元强度计算 

根据高温工程结构系统，建立高温工程结构系统整体的有限元模型，根据计算结果找出结构系统应力较大的部位，该部位就是高温工程结构系统中结构弱点部位； 

具体包括以下子步骤： 

S1-1首先建立所要检测的高温结构系统整体的有限元模型，例如管、板、梁杆等单元，按照工程实际情况例如结构所承受外载荷、结构支撑、管道的吊架等，确定有限元模型的边界条件； 

S1-2对高温工程结构进行有限元强度计算； 

S1-3根据对高温工程结构系统有限元强度计算结果，找出应力较大结构薄弱部位，结合工程实际情况，确定为重点检测区域； 

S2采用结构振动特性检测仪器检测高温工程结构的固有频率 

根据有限元计算结果和工程实际情况，确定重点检测的结构薄弱区域后，在相应的部位定期进行固有频率检测； 

具体检测方法如下： 

首先在实验室对不同类型结构检测固有频率 

为了能够有效识别高温结构由于腐蚀等因素造成的缺陷，首先需要对于无缺陷结构、含有不同尺寸的缺陷结构在实验室检测相应的固有频率，并把实验数据记录存档，以便以后与现场检测固有频率数据比对； 

同时利用有限元分析方法计算出相应结构的固有频率值，然后把有限元计算的固有频率与试验数据进行比较，得到修正系数； 

如果实验数据与有限元计算结果相近，则可以忽略下面的修正系数。 

修正系数定义为： 

式中：ω_i试验：由试验获得的结构的第i阶固有频率；ω_i有限元：由有限元计算获得的结构第i阶固有频率； 

通过上述方法可以通过所获得的试验数据，利用有限元计算模拟计算出管道缺陷大小情况。在重点检测区域安装固定的传感器，定期检测结构固有频率。 

在对结构进行现场检测时，应把每次测试得到的固有频率试验数据记录和保存，特别是最初的检测数据；在以后定期检测时，应与最初固有频率试验数据进行比较，比较固有频率的变化情况。同时利用含缺陷有限元固有频率分析方法，估算出缺陷变化与固有频率之间关系。